復(fù)合光催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其光催化性能研究.pdf

1、二氧化鈦具有優(yōu)異的光催化活性，被廣泛用來降解各類有機和無機污染物。然而，帶隙較寬（約為3.2eV），僅能吸收波長小于380nm的紫外光以及光生電子和空穴易于復(fù)合，光量子效率低，限制了其光催化活性。眾所周知，p-n結(jié)能夠有效的促進光生電子和空穴的分離，提高光生電荷的壽命;窄帶隙半導(dǎo)體氧化物敏化，能夠提高復(fù)合光催化劑的光響應(yīng)范圍;空心結(jié)構(gòu)和核殼結(jié)構(gòu)光催化劑具有穩(wěn)定性高、表面滲透性好、低密度、大的比表面積、良好的單分散性等優(yōu)點，能夠提高催化效

2、率。因此，本論文以二氧化鈦為基礎(chǔ)與其它半導(dǎo)體氧化物復(fù)合，并設(shè)計制備具有特定結(jié)構(gòu)，利用它們之間的協(xié)同效應(yīng)來提高復(fù)合光催化劑的光催化活性和效率。
　　 本論文以鈦酸丁酯(TBOT)和硝酸鎳為原料，通過溶膠凝膠和浸漬煅燒相結(jié)合的方法，制備出了具有p-n異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的球形二氧化鈦表面負載氧化鎳顆粒的復(fù)合光催化劑;以鈦酸丁酯和硝酸鐵為原料，通過溶膠凝膠和浸漬煅燒相結(jié)合的方法，制備了具有可見光光催化活性的Fe-TiO2復(fù)合光催化劑;以葡萄糖為

3、原料，通過傳統(tǒng)水熱法制備了膠體炭球，并以膠體炭球為模板鈦酸丁酯為原料，通過高溫煅燒和微波水熱的方法分別制備了中空TiO2微球和具有核殼結(jié)構(gòu)的C@TiO2復(fù)合微球;以膠體炭球為模板鈦酸丁酯和硝酸鐵為原料，通過在空氣中高溫煅燒的方法制備了Fe2O3/TiO2中空微球，通過在氮氣保護氣氛下煅燒的方法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的Fe2O3負載C@TiO2復(fù)合微球。并利用XRD、SEM、TEM、UV-Vis和PL等方法對催化劑的晶相組成、微觀結(jié)構(gòu)、吸光性

4、能和光致發(fā)光性能等進行了測試和表征。并分析了光催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌對其光催化活性的影響，并通過對形貌、結(jié)構(gòu)的控制來改善其光催化活性，對可見光光催化活性提高的原因和機理也進行了簡要分析。
　　 結(jié)果表明:(1)制備的具有p-n結(jié)結(jié)構(gòu)的TiO2/NiO復(fù)合光催化劑的光響應(yīng)范圍得到了明顯的提高，并且p-n結(jié)的形成有利于光生電子和空穴的分離，提高了其光催化活性，光催化降解測試結(jié)果顯示在一定范圍內(nèi)隨著氧化鎳含量的增加，復(fù)合光催化劑的光催化活

5、性逐漸提高。(2)制備的可見光響應(yīng)的Fe-TiO2復(fù)合光催化劑，一部分Fe以Fe2O3顆粒的形式均勻分散在TiO2微球的表面，并形成了有效的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu);一部分Fe以離子的形式進入TiO2的晶格，形成了Fe摻雜TiO2。Fe的負載提高了催化劑光響應(yīng)范圍使其成為可見光響應(yīng)的復(fù)合光催化劑，并且異質(zhì)結(jié)的形成有效的提高了光生電荷的分離，提高了復(fù)合催化劑的光催化活性。并在一定范圍內(nèi)隨著Fe負載量的增加，復(fù)合光催化劑在可見光區(qū)的光催化活性逐漸提高。(

6、3)制備的空心TiO2微球和具有核殼結(jié)構(gòu)的C@TiO2復(fù)合微球都表現(xiàn)出較高的光催化活性。微波水熱的方法能使TiO2在較低的溫度和較短的時間結(jié)晶，并且C核的存在有利于催化過程中反應(yīng)物的移動和分離，從而對提高C@TiO2的光催化效率有積極的作用。(4)制備的Fe2O3/TiO2中空微球和具有核殼結(jié)構(gòu)Fe2O3負載C@TiO2復(fù)合微球都具有良好的單分散性，并且Fe2O3顆粒均勻的分布在TiO2的表面，晶格緊密接觸形成了有效的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。Fe2